德國工業4.0實施指南-產品/生產線自我評估工具箱使用說明

✎ 【財團法人精密機械研究發展中心】 張乃文 專案經理 | 2022-11-10

前言：

　　工業4.0是德國在2012年發表且影響了全世界的國家級政策，工業4.0的首批推行廠商都是德國在世界知名的大型企業(例如，BMW、Festo、SAP、Siemens等)；德國政府在推動數年後，也希望將工業4.0推廣到德國的中小企業之中，因此委託VDMA將德國大情企業實施後的經驗加以簡化，並整理成工業4.0指南(Guideline Industrie 4.0，2016年出版) (Rauen et al., 2016)，讓德國中小企業業者可以自行依循指南所陳述的方法朝工業4.0邁進，該指南內容包括：

(1)何謂工業4.0(定義與案例)

(2)如何評估企業現有工業4.0現況(以自我評估工具箱進行)

(3)如何讓企業內部員工共同構思下一階段的產品或生產線具備哪些工業4.0的功能(以腦力激盪方式討論出來)

(4)將(3)所提到的產品/生產線開發企畫交給企業領導階層決議是否實施(透過資源與產出分析，由領導階層決議是否投入相關發展)。

因該份指南的原文內容迄今在網路上仍然可以搜尋、取得與下載，本文僅摘錄有關(2)中的產品自我評估工具箱(圖一)與生產線自我評估工具箱(圖二)提供讀者參考。對完整內容有興趣的業者也可以運用google搜尋關鍵字Guideline Industrie 4.0，加上指令 filetype:pdf；即可獲得英文版相關文件的內容。

如果讀者已經認為自己的公司已經具備一定程度的工業4.0基礎，則可以使用2017年VDMA與Acatech所合作出版工業4.0成熟度指標(Industrie 4.0 Maturity Index) (Schuh et al, 2017)進行進一步的自我評估。工業4.0成熟度指標將工業4.0的發展基礎在於數位化技術，因此，成熟度指標將數位化與工業4.0的階段整併為電腦化(L0)、聯網化(L1)、可視化(L2)、透明化(L3)、預測能力(L4)與自適化(L5)，筆者嘗試將兩個概念加以互相整併比較，可以對應查詢兩個評估方式的關聯性(圖四)。

最後，由工業4.0成熟度的評估除了數位化技術、數據分析技術與人工智慧應用技術的應用之外，已經涉及到企業的組織架構與企業文化的數位化衡量項目，本文將僅列舉評估項目的翻譯表格供讀者參考，有興趣的業者也可以參閱 (Schuh et al, 2017)。

工業4.0實施指南-產品自我評估工具箱與生產線評估工具箱

工業4.0經過多年的發展，被證實不僅具有增加產品價值的潛力，而且也有降低生產成本的潛力。前者因為工業4.0賦予產品新的功能或服務讓客戶願意提高價格購買該產品而使產品價值增加，後者則是因為工業4.0透過數位化技術節省了生產線中不必要的浪費，因而降低的生產成本。在工業4.0實施指南中被分成「產品」和「生產」兩個大類別。

指南中提到的工業4.0自我評估工具箱(Toolbox industrie 4.0)分別針對這兩大類別定出產品(或生產線)用Industry 4.0進行技術(或功能)分類，每一項技術(或功能)可以分成度達到的不同階段。

以產品而言，技術(或功能)區分為感測器應用、通訊應用、資料交換、監控應用、產品IT服務與產品營運模式6個子項(如圖一工業4.0產品自我評估工具箱，以下簡稱產品工具箱)，廠商想要投入工業4.0，最好能了解自己已經具備那些工業4.0的基礎，才能將投資精準的放在下一階段應突破的技術(或功能領域)。產品工具箱就是企業進行自我評估的簡單工具，企業可以用產品工具箱來衡量現有的產品，已經具備那些功能，也可以用來規劃下一階段可以建置的功能，使產品朝工業4.0升級的目標。

在生產線部分，技術(或功能)區分為產線數據應用、產線設備間通訊、企業內網路架構、生產面資通訊架構、人機介面與小批量生產效率6個子項(如圖二工業4.0生產線自我評估工具箱，以下簡稱生產線工具箱)，廠商想要把生產線進行工業4.0升級，也可以生產線工具箱來自我評估生產線已經處於哪個工業4.0的技術程度，對於廠商精準進行工業4.0投資也是十分好用。

筆者將產品與生產線工具箱的原始圖示、英文原文與中文翻譯互相並列於圖一與圖二中供讀者對照使用，透過文字敘述可以幫助讀者了解在產品(或生產線)不同6個子項，與每個子項有5個技術程度的區分方式。兩張圖的簡單使用方式如下，廠商可以找公司內的不同部門的資深員工，先請它們進行工具箱的示意圖與說明文字的認知，在有基礎概念後，挑選出一項公司的產品(或公司的某條生產線)進行判斷，標記出該產品(或生產線)現階段已經有哪些功能，假設5個技術程度分別為1~5分，再將多位員工的評分再加以平均，即可獲得該產品(或生產線)的員工認定水準；業者也可以請員工共同思考如果產品(或生產線)要進到下一步，可以提升哪個技術(或功能)，就可以取得員工之間朝工業4.0的升級的發展共識(如圖三)。

筆者在2018~2021年間持續執行政府的SMB輔導計畫，每案輔導計畫都請輔導單位協助評估受輔導業者的工業4.0程度的提升，其實也是仿照生產線工具箱設計成問卷，圖四為109年接受SMB計畫前後以生產線工具箱評分之結果(109年共103家受輔導業者進行生產線之SMB輔導升級)。因SMB輔導計畫是以生產線的設備聯網、產量與稼動率可視化為主要標的，因此大致上為輔導不具備機聯網的業者升級到局部的機聯網與應用少量的可視化功能，除了F項(小批量的生產效率之外)之外，大致上可以協助廠商由輔導前的1~2分之間提升到輔導後的3~4分之間。以單一年度投入約60~80萬的總計畫資源來看，獲得的成果與原有計畫規劃相符。有關小批量的生產效率提升需要進行供料、人員與生產規劃的管理改善，因此SMB輔導計畫對F項的影響性偏低亦屬合理。

如果已經有工業4.0的基礎，是否也能進行自我現況評估與預期提升評估?

前段的產品工具箱與生產線工具箱的前五個指標偏向技術面的衡量，第六個指標(產品商業模式與小批項生產的效率)與企業的策略與企業的管理息息相關。如果將技術面的提升指標與工業4.0成熟度指標加以對應，筆者認為十分具有參考性，因此筆者嘗試衡量工具箱中每一個技術指標與與成熟度指標合理對應，並將其整併於圖五中。筆者認為工具箱中所區分的技術程度中，前2個程度多與數位化中的電腦化與聯網化程度相似；工具箱的第3個程度大致上達到工業4.0中的可視化；但是工具箱的第4個程度開始與工業4.0的智慧化程度錯開(最低可能只與可視化相關，但最高也可能與可預測相關)；工具箱的第5個程度則落與工業4.0的智慧化程度的透明化與自適化相關)，工具箱最後後面2個程度的對應性是範圍型態的對照。換句話說，如果要達成工業4.0透明化以上的成熟度指標，可能需要多種技術的搭配才有深化的可能性。

圖七中工業4.0成熟度指標中的企業資訊系統與企業資源兩種指標與工業4.0實施指南產品/生產線工具箱對應性較高，屬技術面導入的衡量；但是在組織架構與企業文化兩種指標較難以”技術”來衡量，通常要由公司高層進行宣誓性的長期理想，並整理出每年度應達成的目標後，再分解出每位員工對應該指標的工作重點，才有辦法達成。後兩項指標筆者受限於經驗，沒有實際的施展案例可以解說，不過就筆者所知豐田式管理(TPS)的方法中以人為核心的措施與工業4.0成熟度指標後兩種指標應該具有相似的目的，而豐田式管理屬於可實施的技巧，但是在工業4.0的實際展現上應該還有細部討論的空間，非個人能力所及，暫且不論。

小結

本文中筆者將中小企業工業4.0實施指南中的產品工具箱、生產線工具箱與工業4.0成熟度指標中的評估概念進行簡單的對應分析，對於工業4.0個階段技術的對應有一部分的說明，如果讀者已經覺得向工業4.0提升是不可避免的，就可以善加利用產品工具箱與生產線工具箱進行自我程度評估，也能藉此知道產品(或生產線)下一階段的工業4.0的領域要提升甚麼樣的提升。

參考文獻：

1. Rauen, H. Metten, B., 2016, Guideline Industrie 4.0., VDMA, Frankfurt, Germany,p.12-15.

2. Schuh, G., Anderl, R., Gausemeier J., ten Hompel, M., Wahlster, W., 2017, Industrie 4.0 Maturity Index. Managing the Digital Transformation of Companies (acatech STUDY), Munich: Herbert Utz Verlag. P.20-P.35 .